NL8001222A - Halfgeleider licht-emitterend element en werkwijze voor het vervaardigen van zulk een element. - Google Patents

Description

’ ί* * VÖ 0206

Titel: Halfgeleider licht-emitterendelement en werkwijze voor het vervaardigen van zulk een element.___

De uitvinding heeft betrekking op een halfgeleider licht-emitterend element en een werkwijze voor het vervaardigen van zulk element, waarbij een dergelijk element de eigenschap heeft, dat de derde elektrode daarvan wordt gebruikt om de modulatie van het halfgelei- 5 derlaserelement te besturen.

Een halfgeleiderlaserelement vindt op ruime schaal toepassing, bijvoorbeeld in optische communicatiesystemen, zoals een databus-lijn of een computer-verbindingsschakel, aangezien een dergelijk element een kleine omvang heeft en zich leent voor een snelle modu-10 latie.

Een halfgeleiderlaserelement wordt in de regel gemoduleerd op de in het onderstaande omschreven wijze. Een gelijkstroom wordt gezonden door een als een voorgespannen T-eenheid aangeduid keten-lement, dat is samengesteld uit een condensator en een spoel, waar-15 bij de stroom vanaf de spoelzijde wordt ingezonden; de concentratie van de excitatie wordt opgevoerd tot in de nabijheid van de drempelwaarde voor laseroscillatie; de van de laser uitgaande lichtstraling wordt gemoduleerd door de superpositie van een stroompuls met een grootte van 30 -TP m/L.vanaf de condensatorzijde wordt ingezonden.

20 Een dergelijke apparatuur is in de handel verkrijgbaar. Wanneer echter ondeoepassing van deze bekende techniek wordt getracht een snelle modulatie van 1 - 2 G bit/sec. te verkrijgen, is het met toepassing van normale silicium transistors moeilijk om dergelijke voor deze zeer snelle modulatie benodigde stroompulsen te genereren. Bo-25 vendien heeft een dergelijke voorgespannen T-eenheid een volume, dat in vergelijking met dat van het laserelement betrekkelijk groot is, waardoor het niet mogelijk is om laserapparatuur, waarvan talrijke laserelementen deel uitmaken, in een contactvorm uit te voeren.

Met de onderhavige uitvinding is derhalve beoogd een halfgelei-30 der licht-emitüerend element beschikbaar te stellen met als eigenschap, dat het halfgeleiderlaserelement kan worden gemoduleerd door 80 0 1 2 22 2 % een veld-effecttransistor, die integraal in hetzelfde substraat dat het halfgeleiderlaserelement bevat, is gevormd.

Volgens de onderhavige uitvinding -wordt een halfgeleider licht-emitterend element beschikbaar gesteld, dat omvat een halfgeleider-5 substraat; een gelamineerd gebied van halfgeleiderlagen en tenminste een eerste, een tweede en een derde halfgeleiderlaag, gevormd over het substraat en met een daarin gedefinieerde p-n-overgang, waarbij van de eerste en derde halfgeleiderlagen de refractie-in-dices en de verboden bandspleten groter zijn dan die van de tweede 10 halfgeleiderlaag en met betrekking tot elkaar van het tegengestelde geleidbaarheidstype zijn; een veld-effecttransistorsectie met een eerste en een tweede elektrode en een poortelektrode, die zich bevindt tussen de eerste en tweede elektroden van de transistorsec-tie; als een optische resonator dienende middelen voor het uitzen-15 den van lichtstraling in de langsgewijze richting van de p-n- overgang; op een ene oppervlak van het gelamineerde gebied gevorm -de middelen voor het injecteren van stroom in de derde halfgeleiderlaag, welke stroom-injeeterende middelen zijn kortgesloten door de eerste elektrode van de veld-effeetransistorsectie; en op het 20 substraat gevormde middelen voor het ontvangen van de stroom, die door genoemde stroom-injeeterende middelen is geïnjecteerd.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekening. In de tekening is : fig. 1 een dwarsdoorsnede van een halfgeleider licht-emitterend 25 element (SLEE) als voorbeeld, dat typerend is voor de onderhavige uitvinding; fig. 2 een equivalent ketendiagram van de in fig. 1 weergegeven SLEE; figc 3-8 dwarsdoorsneden ter illustratie van een werkwijze 30 voor het vervaardigen van een .SLEE als een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; fig. 9 een bovenaanzicht van een SLEE; fig. 10 een stroom-spanningskarakteristiek ter illustratie van het licht-emitterend vermogen van de SLEE; 35 fig. 11 een frequentiekarakteristiek ter illustratie van de mo- 800 1 2 22 r ; 3 dulatie-eigenschappen van de SLEE; en fig. 12-1¼ dwarsdoorsneden ter illustratie van de stappen bij een werkwijze voor het vervaardigen van een SLEE als een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; 5 Fig. 1 geeft een dwarsdoorsnede van een SLEE als een uitvoe ringsvorm die typerend is voor de onderhavige uitvinding, waarbij deze dwarsdoorsnede is genomen volgens een vlak, loodrecht op de richting, waarlangs de laserbundel zich kan voortplanten.

Door toepassing van kristal-aangroeitechnieken zijn op een half-10 geleidersubstraat 1 gevormd een drietal lagen, n.l. een eerste, tweede en derde halfgeleiderlaag 2, 3 en U,die een halfgeleider-laserelement vormen. Op de lagenconfiguratie, gevormd door de lagen 2, 3 en b is een lagenconfiguratie, bestaande uit een vierde half-geleiderlaag 5 met een relatief hoge weerstand en een vijfde half-15 geleiderlaag 6, die dienst doet als een kanaal voor een veld-ef- fecttransistor, gevormd. De eerste, tweede en derde half geleiderlagen 2, 3 en h doen respectievelijk dienst als de eerste bekledings-laag, de actieve laag en de tweede bekledingslaag van het halfge-leiderlaserelement. Uit de aard der zaak zijn de refractie-indices, 20 alsook de verboden bandspleten van de eerste en derde halfgeleider-lagen 2 en b kleiner dan die van de tweede halfgeleiderlaag 3, en verder zijn deze lagen met betrekking tot elkaar van het tegengestelde geleidbaarheidstype.

De vierde halfgeleiderlaag 5 dient een specifieke weerstand 25 groter dan 10 ohmem te bezitten en in de praktijk heeft deze parameter een waarde in het gebied vanaf 100 ohmem tot 1 Kohmcm. Deze laag 5 is nodig om het halfgeleiderlaserelement elektrisch te scheiden van de veld-effecttransistor.

Een door uitsnijding gevormde groef 7 heeft isolatie tussen de 30 lasersectie en de veld-effecttransistorsectie. Deze groef 7 kan achterwege worden gelaten, indien het laserelement en de veld-effecttransistor op passende wijze zijn ontworpen; een dergelijke groef 7 verdient echter de voorkeur. Deze groef 7 kan zijn gevuld met een anorganische isolator, zoals SiOg of een hars, teneinde de isoleren-35 le eigenschappen de verbeteren. In plaats van de werkwijze, waar- 800 1 2 22 k bij de groef 7 wordt uitgesneden, kan gebruik worden gemaakt van io-nen-implant at i e, ter vorming van een gebied met een hoge soortegelijke weerstand en welk gebied als isolerend gebied fungeert. Op het gebied van de fabricage van halfgeleiderlasers of inrichtingen zijn 5 deze technieken voor het vormen van isolerende gebieden algemeen bekend.

Indien de in het voorafgaande beschreven SLEE moet worden vervaardigd onder gebruikmaking van een materiaal, behorende tot het GaAs-GaAlAs-systeem wordt elk van de halfgeleiderlagen als volgt 10 gekozen, eerste halfgeleiderlaag :

Ga1 Al As (0,2 <x 4.0,1) 1 met een dikte van 1 - 3 yum Tweede halfgeleiderlaag : 15 Ga^yAiyAs (0 < y ^ 0,3) 2 met een dikte van 0,05 - 0,3 yum Derde halfgeleiderlaag :

Ga, Al As (0,2 4 z < 0,7) 3 i — z z — — met een dikte van 1 - 3 yum 20 Vierde halfgeleiderlaag : ' Ga1 Al As (0 < s < 0,7) k met een dikte van 0,5-5 ^um en een soortelijke weerstand van 10 ohmcm of hoger

Vijfde halfgeleiderlaag : 25 Ga^A^As (0 £ t < 0,3) 5 met een dikte van 0,1 - 0,3 ^um.

De elektroden 8 en 12 zijn respectievelijk bevestigd aan de p-type en de n-type lagen van het halfgeleiderlaserelement. De elektroden 9, 10 en 11 zijn respectievelijk de bronelektrode, poort-30 elektrode en afvoerelektroden van de veld-effecttransistor. De elektroden 8, 9, 11 en 12 zijn ohmse elektroden en de elektrode 10 90 0 1 2 22 r 4 5 is een Scottky-elektrode. Door toepassing van selectieve diffusie van Zn is een gebied 13 gevormd, dat dienst doet als een gedeelte van het halfgeleiderlaserelement, waaraan een elektrode kan worden bevestigd.

5 De doorsnedevlakken, die loodrecht verlopen op de voortplan- tingsrichting van de laserbundel en die kunnen worden gevormd, bijvoorbeeld door toepassing door in het algemeen bekende klieven, worden zodanig behandeld, dat deze vlakken dienst doen als reflecterende oppervlakken, teneinde een optische resonator te vormen.

10 Wanneer de elektroden 8 en 9 van de in het voorafgaande beschreven SLEE door een geleider zijn verbonden en tussen de elektroden 11 en 12 een spanning wordt aangelegd, ontstaat laseremissie. De elektrische keten die het equivalent is van het in fig. 1 weergegeven samenstelsel, is weergegeven in fig. 2. De in fig. 2 weergegeven 15 verwijzingssymbolen corresponderen met die van fig. 1. S, D en G

zijn respectievelijk de bron, afvoer en poort van de veld-effect-transistor. De resonantie van de laser kan derhalve worden bestuurd door aan de poortelektrode 10 een besturingsspanning aan te leggen.

De struktuur» waardoor de resonantie van het halfgeleiderlaser-20 element kan worden bestuurd door de besturingselektrode, d. i. de poortelektrode, heeft de volgende technische voordelen : (1) de laserlichtstraling kan in intensiteit worden gemoduleerd door een spanningspuls. Aangezien de besturingselektrode in de keerriehting is voorgespannen, is een geringe stroom voor de be- 25 sturing nodig. Het laserelement kan derhalve in of uit worden geschakeld door het uitgangssignaal, als afgeleid van een normale zilicium-geïntegreerde keten, zoals een TTL-keten (transistor-transistor logica).

(2) de modulatie kan met hoge snelheid plaats vinden. De modu-30 latiesnelheid wordt bepaald in afhankelijkheid van de responsie- snelheid van het veld-effecttransistorgedeelte en de modulatiesnel-heid van de lasersectie, waarbij snelheden van 1 G bit/sec. of hoger kunnen worden bereikt.

Bij het in fig. 1 weergegeven SLEE zijn de eerste en vijfde 35 halfgeleiderlagen laagsgewijz op elkaar gestapeld en het halfge- 80 0 1 2 22 6 leiderlaserelement en de veld-effecttransistor zijn gevormd in de gewenste gebieden. Een dergelijke struktuur is uitermate geschikt voor een eenvoudige fabricagemethode. Een SLEE volgens de onderhavige uitvinding is wat zijn struktuur betreft, niet beperkt tot in 5 het voorafgaande beschreven struktuur. Bijvoorbeeld is het mogelijk, dat de eerste, tweede en halfgeleiderlagen, die het laserelement vormen en de vierde en vijfde halfgeleiderlagen die als veldeffect-transistor dienen, afzonderlijk worden gevormd door toepassing van kristal-aangroeitechnieken, hetgeen valt binnen het kader van de on-10 derhavige uitvinding. Andere strukturele uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding zullen als uitvoeringsvormen daarvan worden beschreven. Met betrekking tot het SLEE zijn verder talrijke alternatieven mogelijk, aarbij de veld-effecttransistor is verbonden met een van de elektroden van het laserelement. Het toe te passen mate-15' riaal is verder niet beperkt tot de in het voorafgaande genoemde materialen., en die welke bij de volgende beschrijving van de uitvoeringsvorm zijn genoemd. Een halfgeleider van het InP-InGaAsP of GaAlSLAs-stelsel is een materiaal, dat aanbeveling verdient. In verband met de pasersectie van het SLEE volgens de uitvinding kunnen 20 talrijke voorzieningen voor het stabiliseren van de werking van een halfgeleiderlaser worden toegepast.

Uitvoeringsvorm 1.

Figt 3-8 geven dwarsdoorsneden ter illustratie van de stappen van een werkwijze voor het vervaardigen van een SLEE als een uit- 25 voeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Op een n-type GaAs-substraat (met een elektronenconcentratie "l δ 3 van n«*10 /cm-3) 21 zijn onder toepassing van de algemeen bekende vloeistof-faze epitaxiale aangroeimethode en onder gebruikmaking van een schuifplaat, de volgende lagen gevormd op het (100) vlak: 30 een eerste half geleider laag 22 van het n-type Ga^ ^AIq ^As ( ns 5 . 10^/cm^) en een dikte van 2 .urn; een tweede halfgeleider laag ig / 3 23 van het n-type GaAs (nsr 10 /ear), en met een dikte van 0,1 ^um; een derde half geleiderlaag 2b van het p-type Ga Aln _As (gaten- 17 3 . U,‘ concentratie pü 5 · 10 /cm ) en met een dikte van 1 ,um; een

1. H

35 vierde half geleider laag 25 van het p-type Ga^ ^A1Q 3AS (pi 1. 10 800 1 2 22 * i 7 /cm , soort elijke -weerstand ongeveer CU 600 ohmcm) en met een dikte van 1 pm.; en een vijfde half geleider laag 26 van het n-type GaAs (η 2 . 20 /cm ) en met een dikte van 0,3 ^um. De vierde halfgeleider laag 25 "behoeft niet altijd Al te bevatten en kan zijn gevormd 12 3 5 als het p-type GaAs (p ü 1 . 10 /cm ) en met een hoge soortgelijke weerstand. Fig. 3 geeft een dwarsdoorsnede van een aldus voltooide lagenconfiguratïe.

Vervolgens wordt door toepassing van de algemeen bekende CVD-methode (chemical vapor deposition) een dubbele laag 27 van AlgO^ 10 met een dikte van 0,2 ^um en SiO^ met een dikte van 0,3 yum gevormd.

Dat gedeelte, met een breedte van 6 ^um, van de dubbele laag 27, dat correpondeert met het elektrodebevestigingsgedêelte van het halfgeleiderlaserelement, wordt weggenomen. De te gebruiken ets-oploseingen zijn een mengseloplossing van waterstoffluoride en 15 ammonium fluoride (voor 1 : 6 SiOg) en een oplossing van fosfor-zuur (voor AlgO^). De SiOg-Al^Ó^ bevattende dubbele laag 27, fungeert als een masker voor selectieve diffusie. Via de zich in het masker 27 bevindende opening worden onder toepassing van de algemeen bekende diffusietechniek Zn atomen gediffundeerd, waarbij het 20 diffusiegebied een breedte heeft van 6 ^um, waarbij de derde halfgeleider laag 2k wordt bereikt. Fig. U is illustratief voor de situatie, ontstaan nadat deze stap is voltooid.

De dubbele laag 27 die als diffusiemasker fungeert wordt in zijn geheel weggenomen en door de CVD-methode wordt een SiC^ film 25 27 met een dikte van 500 £ gevormd. Vervolgens wordt op de SiO^ film 29 een foto-resistieve film 30 gevormd, waarbij door toepassing van een normale foto-lithografische techniek in deze SiOg film 29 een opening 28 wordt gevormd. Fig. 5 is illustratief voor de situatie, ontstaan nadat deze stap is voltoiid. Door het resterend 30 gedeelte van de SiOg film 29 te gebruiken als een etsmasker, worden de vijfde en vierde halfgeleiderlagen 26 en 25 blootgesteld aan een mesa-etsporces. De voor deze etswerking te' gebruiken oplossing is een mengselollossing van fosforzuur, waterstofperoxyde en ethyleen-glycol ( 1 : 1 : 8). De door de etswerking verkregen groef 33 kan 35 een zodanige diepte hebben, dat de bodem daarvan de eerste halfge- 80 0 1 2 22 8 leiderlaag 22 kan bereiken zoals is weergegeven in fig. 1; het is echter slechts nodig, dat de bodem van de groef 33 de vierde half-geleiderlaag 25 bereikt. Indien een in vacuum neergeslagen metaal-film wordt gebruikt om een kortsluitketen te vormen tussen de p-5 type elektrode van het laserelement en de afvoerelektrode van de veld-effecttransistor, verdient het de voorkeur om de groef smal te maken. Fig. 6 is illustratief voor de situatie die is ontstaan nadat deze stap met mesa-etswerking is voltooid.

Vervolgens wordt het etsmasker 299 bestaande uit SiO^ volledig 10 weggenomen en door toepassing van de CVD-methode wordt een nieuwe SiOg film 3^ met een dikte van 500 £ gevormd. Op deze SiOg film 3^ wordt een positieve fotoresistieve laag gevormd en daarin worden openingen gevormd ter vorming van een bronelektrode en een afvoerelektrode. Door toepassing van verdamping onder vacuum worden drie-15 voudige lagen van een Au-Ge-legering, Ni en Au gevormd als de bronelektrode en afvoerelektrode, waarbij elke drievoudige laag een dikte heeft van 2500 £. Tijdens het vacuumverdampingsproces kan het substraat op kamertemperatuur worden gehouden. Vervolgens wordt de positieve fotoresistieve film weggenomen, zodat de drie-20 voudige laag met uitzondering van die gedeelten die dienst doen als de bronelektrode en afvoerelektrode, wordt weggenomen. De aldus geprepareerde struktuur wordt bij ^00° C verhit en de ohmse contact elektroden 35 en 36 worden voltooid.

Opnieuw wordt een positieve fotoresistieve film gevormd en daar-25 in worden openingen uitgesneden ter vorming van een elektrode voor het laserelement en een poortelektrode voor de veld-effecttransistor. Cr en Au worden achtereenvolgens onder vacuum neergeslagen ter vorming van lagen met een dikte van 3000 £ die dienst doen als de elektroden. Gedurende het onder vacuum neerslaan van deze metalen 30 wordt het substraat op een temperatuur van 90° C gehouden. De positieve fotoresistieve film wordt weggenomen, zodat de Cr-Au-laag met uitzondering van die gedeelten die dienst doen als de elektroden 37 en 38, weggenomen worden. Fig. 7 is illustratief voor de situatie die is ontstaan nadat de elektroden zijn gevormd.

35 Yerder wordt een positieve fotoresistieve film met een dikte 80 0 1 2 22 9 * % van 1,2 ^um gevormd en openingen worden daarin uitgesneden ter vorming van externe aansluitingen voor de elektroden 36 en 37 en een kortsluitgeleider tussen de elektroden 35 en 38. Door de fotoresis-tieve film als een etsmasker te gebruiken worden de blootgestelde 5 gedeelten van de SiO^ film door etsen zodanig dunner gemaakt, dat de dikte van de SiO^ film kan worden teruggebracht tot 1500 %, Cr (600 2) en Au (3000 2) worden in opeenvolging uit damp neergeslagen ter vorming van de kortsluitgeleider 39 en de externe aansluiting 39'.

10 De andere zijde van het substraat 21 wordt gepolijst en in ge ringe mate geëtst, waarna ter vorming van een n-zijde-elektrode 1*0 een Au-Ge-legering in dampvorm wordt neergeslagen.

Tenslotte wordt een optische resonator voltooid door de aldus geprepareerde struktuur op een algemeen bekende wijze te klieven 15' langs een kristalvlak, dat loodrecht verloopt op de richting, waarlangs de laserbundel zich kan voortplanten. De caviteitslengte is in dit geval 300 ^um.

De fig. 8 en 9 geven respectievelijk een dwarsdoorsnede en een bovenaanzicht van een aldus voltooid SLEE. In deze fig. 8 en 9 2Q zijn equivalente onderdelen door eenzelfde verwijzingssymbool aangeduid.

Wanneer een spanning van - 5 V wordt aangelegd, tussen de arvoerelektrode 36 en de n-zijde-elektrode k0 van het SLEE, ontstaat laserresonantie. De golflengte van de laserlichtstraling is 25 8300 2. en de drempelstroom is ongeveer 80 mA.

Fig. 10 is illustratief voor een werkkarakteristiek van het SLEE, dat op de in het voorafgaande beschreven wijze volgens de uitvinding is gerealiseerd. Bij de karakteristiekenschaar, zoals weergegeven in fig. 10 is de poortspanning een parameter. Blijkens 30 fig. 10 ontstaat laseremissie wanneer de afvoerspanning Vo op een waarde groter dan 3 V is ingesteld. Het optisch uitgangssignaal dat kan worden bestuurd door de poortspanning werd gevarieerd over een gebied van 6 mW - 0 mW voor een veranderingsgebied van de poortspanning van 0 tot -0,8 V.

35 Fig. 11 is illustratief voor de modulatie-eigenschappen, zoals 800 1 2 22 10 deze proefondervindeling zijn vastgesteld bij hetzelfde SLEE. De kromme geeft de relatie aan tussen het optisch uitgangssignaal en de modulatiefrequentie geldend voor de situatie, waarbij de afvoer-spanning Vo gelijk is aan k V en een sinusgolf met een amplitude 5 van 0,2 V wordt aangelegd aan de poort. Het modulatiefre quentiege-bied is ongeveer gegeven door een frequentie van 2,56 GHz, hetgeen hoger is dan enig ander modulatiefrequentiegebied dat ooit is geconstateerd.

De uitvinding kan ook worden toegepast met gebruikmaking van 10 halfgeleidermaterialen die afwijkend zijn dan in het voorafgaande beschreven materiaal van het GaAs-GaAlAs-systeem.

Een SLEE volgens de uitvinding kan ook worden gerealiseerd onder gebruikmaking van de volgende-struktuur, waarvan deel uitmaken een eerste halfgeleiderlaag Ga^In^ ^.As^P^ (0 < x, y < 1), een 15 tweede halfgeleiderlaag Ga ϊηΊ As,P, . (0 <T s, t < 1), een derde halfgeleiderlaag van InP, een vierde halfgeleiderlaag van Ga In^ As P^ (0 <[ w, z < 1) en een vijfde halfgeleiderlaag van Ga In, As P, (0 < u, v < 1), waarbij s > z en w >u.

Het voor het vormen van deze struktuur dienende proces omvat 20 dezelfde basisstappen als die welke in het voorafgaande zijn beschreven, zodat het hoofdgedeelte van deze struktuur in het kort zal worden beschreven.

Gebruik wordt gemaakt van een InP-substraat (met Sn gedoteerd l8 *3 en een doteerconcentratie van 3-10 /cnr) en waarvan het (100) 25 vlak een kristal-aangroeioppervlak is. Op het (100) vlak van het InP-substraat worden door epitaxiale aangroei uit de vloeistoffaze gevormd een eerste halfgeleiderlaag van n-type InP (gedoteerd met 18 3

Te en n « 3 . 3 /cnr)en een dikte van 3 ^um; een tweede halfgeleiderlaag van p-type InQ γ·^&0 27As0 59P0 h-1 ^mei: Zn Sedoteerti en 30 ps;l . 10^/em^] en een dikte van 0,2 ,um; een derde halfgeleider- / 183 laag van p-type InP (met Zn gedoteerd en p % 2 . 10 /cnr) en een 1 3 dikte van 2 ^um; een vierde halfgeleiderlaag van InP (p si 10 /cnr) en een dikte van 2 ,um; en een vijfde halfgeleiderlaag van n-type IiiP (met Sn gedoteerd ea 11¾ 1 . 10 /cm ) en een dikte van 0,2 ^um. 35 De vierde halfgeleiderlaag van InP kan worden vervangen door een 80 0 1 2 22 » \ 11 laag met een hogere weerstand, waarin Fe is gedoteerd.

Evenals hij de in het voorafgaande behandelde uitvoeringsvorm wordt Zn gediffundeerd in het oppervlaktegebied van de lasersectie waar een elektrode moet worden bevestigd.

5 De p-zijde-elektrode van het laserelement is gevormd uit het

Au-Zn-systeem, de n-zijde-elektrode van het laserelement is gevormd uit het Au-Ge-systeem, de poortelektrode, d.i. de Scottky-elektrode van de veld-effecttransistor is van het Cr-Au-systeem en de bron-elektrode en afvoerelektrode van de veld-effecttransistor zijn ge-10 vormd.uit het Au-Ge-syst eem.

Door toepassing van dit proces kan een SLEE met een resonantie-golflengte van 1,3 ^um en een drempelstroom van 100 mA worden gerealiseerd. Bij dit voorbeeld werd elke component ingesteld door het teweeg brengen va laserlichtstraling met een golflengte van 15 1,3 yum; het is ook echter mogelijk cm een laserelement te vormen met een breder gebied van golflengten, bijvoorbeeld van 1,0 - 1,7 ^um en wel door het beïnvloeden van de samenstelling van de tweede laag van Ga In. As P. en wel door x en y zodanig te veranderen, dat de ladderconstante van de tweede laag gelijk wordt aan die van 20 InP, met andere woorden de ladderconstante a = 5,87 2.

Uitvoeringsvorm 2.

Fig. 12 - A geven dwarsdoorsneden ter illustratie van de stappen van een werkwijze voor het vervaardigen van een SLEE volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding. Zoals geïllustreerd 25 in fig. 12 zijn achtereenvolgens op het (100) vlak van een n-type 18 o

GaAs-substraat i*1 (elektronenconcentratie niï 10 /cïïl) achtereenvolgens gevormd een eerste laag k2 van n-type Ga^ 35 (η ~ 10^/cm^, dikte 1,6 ,um), een tweede laag U3 van n-type ιγ ! o

GaQ q^As (n# 10 /cm , dikte 0,1 ^um) en een derde laag kk 30 van p-type Ga^ g^Al^ ^As (ps*5 . 10^/cm"^, dikte 2 ^um).

Door toepassing van de CVD-methode is op de derde halfgeleider-laag kk een SiO^-film met een dikte van 5000 S gevormd. Vervolgens wordt door de algemeen bekende fotolithografische techniek de SiOg-film zodanig geëtst, dat slechts een strook met een breedte van 35 5 yum van deze Si02-film op de laag achterblijft, zoals is ge- 80012 22 12 ïllustreerd in fig. 13. Door deze strook als een etsmasker te gebruiken worden de lagen 1+2, 1+3 en 1+1+ weggeëtst door een etsoplossing, bestaande uit fosforzuur, waterstofperoxyde en water.

Op bet blootgestelde oppervlak van het substraat h1 en door 5 epitaxiale aangroei uit de vloeistoffaze worden een vierde laag h-5 met een dikte van 2,5 /urn en van p-type Ga_ ^Α1η ,As (gatenconcentra- 1Ü 3 ' 17 tie p Ü 10 /car) en een vijfde laag van n-type GaAs (n Ui 1 . 10 /

O

cm ) en een dikte van 0,3 ^um, gevormd.

Evenals bij de in het voorafgaande behandelde uitvoeringsvorm 10 worden een passiveringslaag 53 van SiOg, elektroden 1+7, 1+8 en 1+9 van een veld-effecttransistor, elektroden 1+8 en 50 van een laser-element en een kortsluitgeleider 52 gevormd. Hiervoor kunnen dezelfde materialen worden gebruikt als bij de in het voorafgaande behandelde- -uitvoeringsvorm.

15 Op het andere oppervlak van het substraat 1+1 wordt een n-zijde- elektrode 51 gevormd en uiteindelijk wordt een optische resonator gevormd door de aldus gevormde struktuur te klieven langs een vlak, dat loodrecht verloopt op de voortplantingsrichting van de laserbundel. In dit geval was de caviteitlengte 300 ^um. Het voltooide 20 SLEE is in dwarsdoorsnede weergegeven in tig. 11+.

De aldus gefabriceerde laserapparatuur had een drempelstroom van 11 - 30 mA en het uitgangssignaal kon worden gevarieerd over een gebi ed van 3 mW - 0 mW en wel door de poort spanning over een gebied van 0 - -0,2 V te veraderen.

800 1 2 22

Claims (6)

1. Halfgeleider lieht-emitterend element, omvattende een halfge-leidersubstraat, gekenmerkt door een gelamineerd gebied van halfgeleider lagen, waarbij tenminste een eerste, een tweede en een derde halfgeleiderlaag over dit substraat zijn gevormd met een zich 5 daarin bevindende p-n-evergang, waarbij de refractie-indices respectievelijk verboden bandgebieden van de eerste en derde halfgeleider lagen kleiner, respectievelijk groter zijn dan die van genoemde tweede halfgeleiderlaag en deze lagen met betrekking tot elkaar van het tegengestelde geleidbaarheidstype zijn, een en ander 10 teneinde laseroscillatie te bepalen, een veld-effecttransistorsec-tie met een eerste en een tweede elektrode en een daartussen aangebrachte poortelektrode, als optische resonator fungerende middelen voor het uitzenden van lichtstraling in de lengterichting van genoemde p-n-overgang, op het ene oppervlak van genoemde gelamineer-15 de gebied gevormde middelen voor het injecteren van stroom in genoemde derde halfgeleiderlaag, welke stroom-injeeterende middelen zijn kortgesloten door genoemde eerste elektrode van genoemde veld-effecttransistorsectie, en op genoemd substraat gevormde middelen voor het ontvangen van de stroom die vanaf genoemde stroom-injec-20 terende middelen is geïnjecteerd.

2. Halfgeleider lieht-emitterend element volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat genoemde veld-effecttransistorsectie omvat een vierde halfgeleiderlaag met een hoge soortelijke weerstand en welke laag is gevormd op het genoemde substraat, een op genoemde vierde 25 laag gevormde vijfde halfgeleiderlaag, een op genoemde vijfde laag gevormde poortelektrode en een op genoemde vijfde laag en ter weerszijden van genoemde poortelektrode gevormde tweede elektrode.

3. Halfgeleider lieht-emitterend element volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat genoemde vierde laag is gevormd op het genoemde 30 gelamineerde gebied met genoemde eerste, tweede en derde lagen, en genoemde middelen voor het injecteren van stroom zodanig zijn gevormd, dat deze door genoemde vijfde en vierde lagen heen dringen, h. Halfgeleider lieht-emitterend element volgens conclusie 2 met 300 1 2 22 1U het kenmerk, dat tussen genoemde veld-effecttransistorsectie en genoemde optische resonator is gevormd een gebied met hoge soortelijke weerstand of een groef, waarvan de bodem genoemde eerste laag bereikt. 5 5· Halfgeleider licht-emitterend element volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat in genoemde vijfde laag een gebied is gevormd, dat een elektrische isolatie vormt tussen tenminste.genoemde veld-effecttransistorsectie en genoemde optische resonator.

6. Halfgeleider licht-emitterend element volgens een van de vooraf-10 gaande conclusies 1 - U met het kenmerk, dat voor het genoemde substraat is uitgegaan van GaAs-kristal en genoemde eerste, tweede, derde, vierde en vijfde lagen respectievelijk zijn gevormd uit Ga. Al As (0,2 £ x < 0,7), Ga. Al As (0 <y<0,3), Ga. x. I ~y y i —z Al. As (0,2 C z < 0,7), Ga. Al As (0 <£" s <£ 0,7) en Ga. .Al+As+ Z „y J —S SS 1 t 15 (o ^ t C 0,3), waarbij geldt, dat z < y, z < s en t < s.

7· Halfgeleider licht-emitterend element 'volgens een van de voorafgaande conclusies 1 - k met het kenmerk, dat voor het genoemde substraat is uitgegaan van InP-kristal en genoemde eerste, tweede, derde, vierde en vijfde lagen respectievelijk zijn gevormd uit 20 Ga^In^As (0 < x, y < 1), Ga^n^As.j.P^ (0 < s, t< 1), InP, GawIn1_wAszP1__z (0 z < 1) en Ga^In^As^P.^ (0< u,v < 1) waarbij geldt, dat s>x en w_> u.

8. Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleider licht-emitterend element, met het kenmerk, dat over een gewenst halfgelei-25 der substraat liggend worden gevormd een eerste, een tweede en een derde halfgeleiderlaag, van welke eerste en derde halfgeleiderlagen de refractie-indices respectievelijk verboden bandgebieden kleiner respectievelijk groter zijn dan die van genoemde tweede halfgeleider-laag en welke lagen met betrekking tot elkaar van het onderling te-30 gengestelde geleidbaarheidstype zijn; op genoemde derde laag een vierde halfgeleiderlaag met een hoge soortelijke weerstand wordt gevormd; op genoemde vierde laag een vijfde halfgeleiderlaag, die fungeert als een kanaal, wordt gevormd; een stroombaan wordt gevormd voor het in voorwaartse richting geleiden van een stroom vanaf 35 genoemde vijde laag naar genoemde tweede laag, en welke stroombaan 800 1 2 22 tenminste' genoemde vijfde en genoemde vierde laag doordringt; een strookvormige groef voor het splitsen in twee delen van. tenminste genoemde vijfde laag, wordt gevormd; een geleider wordt gevormd dienende om genoemde stroombaan met het corresponderende gebied 5 te verbinden met genoemde eerste elektrode van een veld-effect-transistor, poort- en.tweede elektroden; en het genoemde substraat wordt gekliefd langs een kristalvlak dat loodrecht verloopt op de lengterichting van genoemde groef; en op het onderoppervlak van genoemde substraat een elektrode wordt gevormd. 10 9· Werkwijze voor het fabriceren van een halfgeleider licht- emitterend element, met het kenmerk, dat over een gewenst halfgeleider substraat liggend achtereenvolgens worden gevormd een eerste, een tweede en een derde halfgeleiderlaag die een lagenconfiguratie vormen, waarbij van genoemde eerste en derde halfgeleiderlaag de 15 refraetie-indiees respectievelijk verboden bandgebieden kleiner, respectievelijk groter zijn dan die van genoemde tweede halfgeleiderlaag en welke lagen onderling tegengestelde geleidbaarheids-typen hebben; genoemde eerste, tweede en derde lagen, in het bijzonder tenminste genoemde derde en tweede lagen, worden weggenomen 20 uitgezonderd die gedeelten daarvan die de vorm hebben van een strook welke als een optische resonator fungeert; op genoemde derde laag een vierde halfgeleiderlaag met een hoge soortelijke weerstand wordt gevormd; op genoemde vierde laag een vijfde halfgeleiderlaag die als een kanaal fungeert, wordt gevormd; een geleider wordt ge-25 vormd, die genoemde stroombaan met het corresponderend gedeelte verbindt met de eerste elektrode van een veld-effeettransistor, genoemde poort- en tweede elektrode, het substraat wordt gekliefd langs een kristalvlak dat loodrecht verloopt op de lengterichting-richting van het genoemde strookvormige halfgeleidergebied; en op 30 het onderoppervlak van het genoemde substraat een elektrode wordt gevormd. _ 80 0 1 2 22